纳米多孔Zr(OH)₄球准气相法连续制备方法及装置的制作方法

专利名称：纳米多孔Zr(OH)₄球准气相法连续制备方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于颗粒合成领域，特别涉及纳米多孔Zr(OH)4球准气相法连续制备方法及装置。
背景技术：
Zr(OH)4颗粒是沉淀法制备Zr02颗粒的前驱物，直接决定着产物Zr02的形 貌及大小。使用Zr02粉体颗粒制备的Zr02陶瓷，由于其优良的力学性能，低的 热导性和良好的抗热震性以及室温下的高硬度，很好的耐磨性，是一种较理想 的结构陶瓷；又由于其具有离子导电性能，又可作为功能陶瓷材料，因此在燃 料电池、氧气传感器及氧气泵等方面也有着很好的用途。多孔Zr02球形粒子在 靶向治疗、药物可控释放、催化剂及其载体等领域也具有良好的应用前景。目前，沉淀法合成Zr(OH)4或Zr02颗粒的方法主要为直接沉淀法、均匀 沉淀法、共沉淀法、反胶团法等。这类方法制备的颗粒尺寸均匀性较好，生产 成本适中，工艺较简单，缺点是颗粒形态控制一般，很难获得球形颗粒(反胶 团法除外)。多孔Zr02制备方法现在主要为模板法和微乳液法，这些方法均存在 工艺过程复杂，成本高的问题。发明内容本发明的目的是提供一种纳米多孔Zr(OH)4球准气相法连续制备方法及 装置。通过该方法及装置，可以得到纳米多孔的Zr(OH)4球形粒子。 本发明的目的是这样实现的一种纳米多孔Zr(OH)4球准气相法连续制备方法，该方法的具体步骤为 步骤l，在颗粒收集器中装入无水乙醇；步骤2，将质量浓度为5%-7.5%的ZrOCl2.8H20溶液加入到密闭的雾化 器中，液面高度应低于雾化发生器上部的出汽管口下沿，开启超声雾化头使 ZrOC1^8H20溶液在室温、室压下雾化，待雾汽充满雾化器后；步骤3，开启真空泵，对装置系统抽真空，真空度为0.09Mpa，雾汽开始 流入反应器；步骤4，开启NEb气瓶，向反应器内输送NH3气，流量为50-70L/h ， ZrOCl2.8H20溶液雾滴与NH3气发生准气相沉淀反应，生成纳米多孔Zr(OH)4 球；步骤5，在负压系统下，生成的纳米多孔Zr(OH)4球被自动输运到颗粒 收集器中。一种纳米多孔Zr(OH)4球准气相法连续制备装置，其特征在于该装置主 要包括雾化发生器、反应器、颗粒收集器、真空泵、NHb气瓶五部分；雾化 发生器内有一个超声雾化头，雾化发生器上部的出汽管与反应器下部的进汽 管通过胶管连通；反应器底部与颗粒回收瓶相通，反应器的三个进气管通过 四通管和胶管与NH3气瓶连通，在四通管与NH3气瓶之间连接一个NH3气 流量计；反应器顶部的出气管通过胶管与颗粒收集器的进气管连通，颗粒收 集器的出气管通过胶管与真空泵连通。反应器顶部的出气管与反应器之间磨口连接，反应器底部的颗粒回收瓶 与反应器之间磨口连接；该装置各部件的尺寸参数如下H=300mm， H，165mm， H2=10mm， H3=80mm， H4=160mm， H5=40mm; d「d产15mm， d2=d4=d5=10mm; L产12mm， L=40mm; D=35mm; 0=45o。本发明的有益效果是通过采用准气相法连续化制备工艺，能够获得纳 米多孔的Zr(OH)4球形粒子；该装置中反应器的三个进气管设计，下部进汽管、顶部出气管设计，以及反应器细长形设计，能够提高雾化汽与NH3气的 反应程度；反应器顶部的出气管和反应器底部的颗粒回收瓶与反应器之间均 为磨口连接，可拆卸易于清洗，颗粒回收瓶能回收沉降的大颗粒；本发明方 法所使用的原料低廉，连续化生产，工艺简单，成本低，有望实现规模化生 产；装置构造简单，材料选择范围宽，容易加工。


图1 一种纳米多孔Zr(OH)4球准气相法连续制备装置示意中真空泵l、颗粒收集器2、反应器3、雾化发生器4、超声雾化头5、 NH3气流量计6、 NH3气瓶7，颗粒回收瓶8。图2 —种纳米多孔Zr(OH)4球准气相法连续制备方法工艺流程示意图。 图3 —种纳米多孔Zr(OH)4球准气相法连续制备方法制备的纳米多孔Zr(OH)4球的透射电镜像。图4实施例二生成的纳米多孔Zr(OH)4球的透射电镜像。
具体实施方式
以三个实施例对一种纳米多孔Zr(OH)4球准气相法连续制备方法作进一 步说明。制备纳米多孔Zr(OH)4球形粒子，具体步骤为 步骤l，在颗粒收集器中装入无水乙醇；步骤2，将质量浓度5。/。的ZrOCl2.8H20溶液加入到密闭的雾化器中，液 面高度应低于雾化发生器上部的出汽管口下沿，开启超声雾化头使 ZrOC1^8H20溶液在室温、室压下雾化，待雾汽充满雾化器后；步骤3，开启真空泵，对装置系统抽真空，真空度0.09Mpa，雾汽开始流 入反应器；步骤4，开启NH3气瓶，向反应器内输送NH3气，NH3气流量50L/h， ZrOCl2《H20溶液雾滴与NH3气发生准气相沉淀反应，生成纳米多孔Zr(OH)4 球；步骤5，在负压系统下，生成的纳米多孔Zr(OH)4球被自动输运到颗粒 收集器中，其透射电镜像如图3所示。实施例二制备纳米多孔Zr(OH)4球形粒子，具体步骤为 步骤l，在颗粒收集器中装入无水乙醇；步骤2，将质量浓度7.5%的ZrOCl2*8H20溶液加入到密闭的雾化器中， 液面高度应低于雾化发生器上部的出汽管口下沿，开启超声雾化头使 ZrOCl2，8H20溶液在室温、室压下雾化，待雾汽充满雾化器后；步骤3，开启真空泵，对装置系统抽真空，真空度0.09Mpa，雾汽开始流 入反应器；步骤4，开启NH3气瓶，向反应器内输送NH3气，NH3气流量70L/h， ZrOCl2'8H20溶液雾滴与NH3气发生准气相沉淀反应，生成纳米多孔Zr(OH)4 球；步骤5，在负压系统下，生成的纳米多孔Zr(OH)4球被自动输运到颗粒 收集器中，其透射电镜像如图4所示。图5是实施例一和实施例二制备的纳米多孔Zr(OH)4球的代表性刨面 TEM像，可以看出多孔结构。结合附图对一种纳米多孔Zr(OH)4球准气相法连续制备装置作进一步说明该装置包括真空泵l、颗粒收集器2、反应器3、雾化发生器4、超声 雾化头5、 NH3气流量计6、 NH3气瓶7、颗粒回收瓶8;雾化发生器4内有一个超声雾化头5，雾化发生器4上部的出汽管与反 应器3下部的进汽管通过胶管连通；反应器3底部与颗粒回收瓶8相通，反应器3的三个进气管通过四通管 和胶管与NHs气瓶7连通，在四通管与NH3气瓶7之间连接一个NH/气流 量计6;反应器3顶部的出气管通过胶管与颗粒收集器2的进气管连通，颗粒收 集器2的出气管通过胶管与真空泵1连通。反应器3顶部的出气管与反应器3之间磨口连接，反应器3底部的颗粒 回收瓶8与反应器3之间磨口连接；颗粒回收瓶8回收沉降的大颗粒；该装置各部件的尺寸参数如下H=300mm， H产165mm， H产10mm， H3=80mm， H4=160mm， H5=40mm; di-d产15mm， d2=d4=d5=10mm; L产12mm， L=40mm; D=35mm; 0=450。反应器的三个进气管设计，下部进汽管、顶部出气管设计，以及反应器细长形设计，能够提高雾化汽与NH3气的反应程度； 装置构造简单，容易加工。所使用的原料低廉，连续化生产、工艺简单，成本低；抽真空过程中排 出的NH3气可通入水中转成NH3水进行再利用，不会造成环境污染；有望实 现规模化生产。
权利要求
1.一种纳米多孔Zr(OH)4球准气相法连续制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为步骤1，在颗粒收集器中装入无水乙醇；步骤2，将质量浓度为5％-7.5％的ZrOCl2·8H2O溶液加入到密闭的雾化器中，液面高度应低于雾化发生器上部的出汽管口下沿，开启超声雾化头使ZrOCl2·8H2O溶液在室温、室压下雾化，待雾汽充满雾化器后；步骤3，开启真空泵，对装置系统抽真空，真空度为0.09Mpa，雾汽开始流入反应器；步骤4，开启NH3气瓶，向反应器内输送NH3气，流量为50-70L/h，ZrOCl2·8H2O溶液雾滴与NH3气发生准气相沉淀反应，生成纳米多孔Zr(OH)4球；步骤5，在负压系统下，生成的纳米多孔Zr(OH)4球被自动输运到颗粒收集器中。
2. 纳米多孔Zr(OH)4球准气相法连续制备装置，其特征在于该装置主 要包括雾化发生器(4)、反应器(3)、颗粒收集器(2)、真空泵(l)、 NH3气瓶(7) 五部分；雾化发生器(4)内有一个超声雾化头(5)，雾化发生器(4)上部的出汽 管与反应器(3)下部的进汽管通过胶管连通；反应器(3)底部与颗粒回收瓶(8) 相通，反应器(3)的三个进气管通过四通管和胶管与NH3气瓶(7)连通，在四 通管与NH3气瓶(7)之间连接一个NH3气流量计(6);反应器(3)顶部的出气管 通过胶管与颗粒收集器(2)的进气管连通，颗粒收集器(2)的出气管通过胶管与 真空泵(l)连通。
3. 根据权利要求3所述的纳米多孔Zr(OH)4球准气相法连续制备装置， 其特征在于反应器(3)顶部的出气管和反应器底部的颗粒回收瓶(8)与反应器(3)之间均为磨口连接；该装置各部件的尺寸参数如下H=300mm， Hi = 165mm， H2=10mm， H3=80mm， H4=160mm， H5=40mm; d产d产15mm， d2=d4=d5=10mm; L尸12mm， L=40mm; D=35mm; 0=45。。
全文摘要
本发明涉及一种纳米多孔Zr(OH)₄球准气相法连续制备方法及装置。该方法为将一定浓度的ZrOCl₂·8H₂O溶液雾化后，使ZrOCl₂·8H₂O溶液雾化汽与NH₃气混合并发生沉淀反应，控制工艺条件，能够生成纳米多孔Zr(OH)₄球并收集。该装置由雾化发生器、反应器、颗粒收集器、真空泵、NH₃气瓶五部分组成。雾化发生器的出汽管与反应器的进汽管通过胶管连通，反应器的三个进气管通过四通管和胶管与NH₃气瓶连通，反应器的出气管与颗粒收集器通过胶管连通，颗粒收集器与真空泵通过胶管连通。该发明实现了纳米多孔Zr(OH)₄球准气相法连续化制备技术，有望实现规模化生产。
文档编号C01G25/00GK101229929SQ20081005714
公开日2008年7月30日 申请日期2008年1月30日 优先权日2008年1月30日
发明者刘莲云, 辉 张, 张绪瑞, 耀 王, 峰 黄 申请人:北京交通大学